Beschreibung
P 1126 – Ermittlung der Tragfähigkeit neuartiger stählerner Schalenbauwerke unter realitätsnaher Berücksichtigung des Schweißverzugs
Neuerdings kommen im Stahlbau vermehrt versteifte Schalenbauwerke (sog. Monocoque) zum Einsatz. Aufgrund der schlanken Konstruktionsweisen ist das Beulen ein zu beachtender Grenzzustand. Dabei besitzt eine geometrisch und materiell nichtlineare Analyse des imperfekten Schalentragwerks (GMNIA) den theoretisch höchst erreichbaren Realitätsgrad. Deren Nachweisqualität hängt entscheidend davon ab, ob die in das Rechenmodell eingeführten Imperfektionen die Wirkung der Imperfektionen realer Tragwerke äquivalent beschreiben.
Heute ist es prinzipiell möglich, die Schweißprozesseinflüsse mithilfe der Schweißsimulation zuverlässig vorauszusagen. Das am LFT entwickelte analytischnumerische Hybridmodell bietet eine praxisrelevante Methodik zur Schweißsimulation großer Bauteile. Aus Bemessungssicht ist eine Schnittstelle zur Schweißsimulation zu realisieren und anschließend zu überprüfen.
Ziel des Vorhabens war es, somit eine robuste sowie zuverlässige Berechnungsmethodik für einen numerisch gestützten GMNIA-Nachweis geschweißter Schalenbauwerke bereitzustellen. Im Gegensatz zu bisherigen Vorgehensweisen erfolgt dies erstmals direkt anhand hybrider Ansätze zur Erfassung der Schweißprozesseinflüsse. Für die Berechnung der Schweißimperfektionen wurde das analytisch numerische Hybridmodell herangezogen. Um mit dem Modell die Schweißimperfektionen berechnen zu können, die beim Schweißen im Raum gekrümmte Strukturen entstehen, musste das zugrundeliegende analytische Modell erweitert werden. Es wurde auf Basis von numerischen Variationsrechnungen eine Erfassungsfunktion abgeleitet, die die Krümmung im Raum und die daraus resultierende verminderte Steifigkeit berücksichtigt.
Das Hybridmodell wurde bereits an einer Vielzahl unterschiedlich komplexer Bauteile erfolgreich angewandt. Im Fokus lagen dabei jedoch die Schweißverzüge. Dem lokalen Spannungszustand im Nahtnahbereich wurde wenig Beachtung geschenkt. Er beeinflusst jedoch das Traglastverhalten von geschweißten Bauteilen. Sowohl die Verifizierung der mit dem Hybridmodell berechneten Spannungen mit den Ergebnissen aus thermomechanischen Berechnungen als auch die Validierung mit röntgenografischen Messungen ergaben gute Übereinstimmung. Um sie zu steigern wurde lediglich eine neue Vernetzungsstrategie entwickelt. Da in den meisten Fällen die Steifen beidseitig geschweißt werden, wurde eine Einflussfunktion auf Basis der Quellenmethode abgeleitet, die die Zwischenzeit zwischen den beiden Schweißungen berücksichtigt und deren Wirkung auf die plastischen Dehnungen erfasst.
Veröffentlichung:
August 2020
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. habil. H. Pasternak, Dr.-Ing. Ch.Stapelfeld, Dr.-Ing. B. Launert, Prof. Dr.-Ing. habil. V. G. Michailov, Dr.-Ing. N. Doynov, C. A. Kaya
